人工光合作用是一种模仿自然界光合作用的能源转化技术。人工光合作用与植物光合作用有相似之处，如两者均是将太阳能转换成为化学能，反应原料都是水和二氧化碳，产物是氧气和含碳化合物。
　　人工光合作用是通过人工手段实现可再生能源的储存与利用。随着科技进步、经济发展，全球能源需求不断增长，而长期以来，化石燃料是主要能源来源，随着化石燃料的消耗，能源短缺问题逐渐显现。人工光合作用作为可定制能源转化技术，为能源危机、温室气体减排提供了新途径，应用前景十分广阔。
　　除解决能源危机外，人工光合作用在农业、汽车、电子、催化、国防军事、太空探索等领域也具有广阔应用空间。
　　在太空探索领域，地外人工光合作用是未来地外原位资源利用的重要技术之一，其能够在地外通过物理化学方法，利用太阳能将二氧化碳和水原位转化成氧气和含碳化合物，实现低成本、可持续的能源供给。
　　人工光合作用在能源、化工、农业等领域具有极高应用价值，美国、日本、中国等国家存在积极推动其产业化进程。如美国能源部于2020年宣布，5年内将投资1亿美元开展人工光合作用研究；日本三菱化学计划于2030年利用人工光合作用替代传统石油基工艺，生产塑料原料，减少工业碳排放。
　　近年来，得益于材料科学、合成生物学及催化技术等发展，我国在人工光合作用领域也取得了丰硕成果。如中国空间站梦天实验舱已顺利展开地外人工光合作用技术试验，实现了高效二氧化碳转换和氧气再生新技术的国际首次在轨验证；中国科学技术大学团队联合武汉大学团队，创新设计了一种晶圆级可制造的新型硅基氮化镓纳米线光电极，实现了800小时连续稳定产氢，标志着人工光合作用技术实用化水平进一步提升。
   目前人工光合作用仍处于实验室阶段，但离商业化应用的距离已不远。在全球市场上，人工光合作用相关研发单位及企业包括日本三菱化学、丰田中央研究所、西门子能源、Twelve、西湖大学、中科液态阳光（苏州）氢能科技发展有限公司、中国科学技术大学等。